Xe điện - nhu cầu về pin
Từ thời xa xưa, con người đã phát minh ra các loại máy móc mới hơn để cải thiện cuộc sống của mình và tăng năng suất trong các nhà máy. Xe điện ra đời vào khoảng giữa thế kỷ 19 và xe điện hiện đại / Xe điện lai được phát triển vào cuối thế kỷ 20. Những chiếc xe điện này được coi là thoải mái hơn và dễ vận hành hơn so với những chiếc xe động cơ ICE. Nhưng bây giờ sau này đã tạo ra một vấn đề môi trường. Trong nhiệm vụ bảo vệ môi trường của chúng ta ngày nay và có nhiều cách hơn để sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo và bền vững, ngành công nghiệp ô tô có vai trò quan trọng nhất cần thực hiện.
Ngành công nghiệp này gây ô nhiễm nhất về lượng khí thải từ các sản phẩm của họ. Ngành sản xuất pin cũng có một vai trò quan trọng. Ngày càng có nhiều pin được sử dụng cho các ứng dụng như xe điện (Xe điện), các nguồn năng lượng tái tạo (RES) như năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Động cơ đẩy điện thông qua pin giúp giảm mức độ ô nhiễm trong khí quyển cũng như chi phí vận hành. Hơn nữa, nó cũng làm giảm sự phụ thuộc vào dầu thô. Động cơ điện của phương tiện giao thông đang là chủ đề được bàn tán nhiều nhất hiện nay.
Tất cả các nhà sản xuất ô tô đều có thiết kế riêng cho xe điện và ắc quy xe điện (EVB). Mặc dù pin axit-chì là loại EVB được sử dụng rộng rãi nhất cho đến thời điểm gần đây, nhưng pin Li-ion hiện đã chiếm vai trò chủ đạo. Nhưng xét về chi phí ban đầu và khía cạnh an toàn, pin axit-chì không thể bị truất ngôi hoàn toàn cho đến khi giá thành của gói pin Li-ion dành cho xe điện giảm xuống mức phải chăng và các khía cạnh an toàn được cải thiện hơn nữa.
Tất cả các nhà sản xuất ô tô đều có thiết kế riêng cho xe điện và ắc quy xe điện (EVB). Mặc dù pin axit-chì là loại EVB được sử dụng rộng rãi nhất cho đến thời điểm gần đây, nhưng pin Li-ion hiện đã chiếm vai trò chủ đạo. Nhưng xét về chi phí ban đầu và các khía cạnh an toàn, pin axit-chì không thể bị truất ngôi hoàn toàn cho đến khi giá thành của gói pin Li-ion dành cho xe điện giảm xuống mức phải chăng và các khía cạnh an toàn được cải thiện hơn nữa.
Vào khoảng năm 2010, số lượng xe điện trên các con đường chưa đến 20.000 chiếc trên thế giới. Tuy nhiên, trong năm 2019, con số đã tăng hơn 400 lần và gần bảy triệu.
Gần 80% các vấn đề về chất lượng không khí liên quan đến khí thải ô tô. Ở các nước công nghiệp phát triển của phương Tây và Nhật Bản, người ta xác định rằng 2/3 lượng CO, 1/3 lượng nitơ oxit và gần một nửa lượng hydrocacbon là do sự phát thải nói trên. Khi đó là trường hợp của các quốc gia công nghiệp phát triển, không có gì tốt hơn ở các quốc gia đang phát triển, nơi các biện pháp kiểm soát môi trường không được thực thi nghiêm ngặt.
Các phương tiện ICE không hiệu quả đã góp phần đáng kể vào ô nhiễm không khí mặc dù mật độ giao thông đã giảm. Ngoài những lý do trên, khí thải từ phương tiện giao thông tạo ra một lượng lớn “khí nhà kính” (GHG) tức là CO2. Trung bình, một chiếc ô tô sẽ tạo ra lượng CO2 gấp gần 4 lần trọng lượng của nó. Khí thải xe cộ là nguyên nhân gây ra lần lượt 20, 24 và 26% tổng lượng khí thải CO2 ở Anh, Mỹ và Úc. Tất cả những lý do này và các cuộc khủng hoảng dầu mỏ trong những năm 1960 và 1970 và 1973 và 1979 là những lý do thực sự đằng sau sự phát triển của Xe điện và các loại pin phù hợp cho Xe điện.
Xe điện - không phát thải
Xe điện sử dụng một hoặc nhiều động cơ điện chỉ chạy bằng pin cho mục đích sức kéo (Xe điện thuần túy) mà không sử dụng động cơ đốt trong (ICE). Do đó, nó không có khí thải từ ống đuôi và được gọi là hoặc phương tiện không phát thải (ZEEV). Xe điện hybrid (HEV) có hai nguồn năng lượng, một nguồn có hàm lượng năng lượng cao (nhiên liệu hóa thạch) và nguồn còn lại là pin có tốc độ phóng điện cao.
Chủ đề về Xe điện và các biến thể của nó là một chủ đề rộng lớn và sẽ được giải quyết chi tiết riêng. Đến đây là đủ để biết định nghĩa ngắn gọn về Xe điện và HEV.
Các thành phần của Xe điện thuần túy
I. Lưu trữ năng lượng điện (Pin)
II. Mô-đun điều khiển điện tử (ECM)
III. Hệ thống quản lý pin (BMS)
IV. Xe lửa điện
Mỗi chiếc ô tô điện đều có đèn báo phạm vi và phạm vi được hiển thị nổi bật trên bảng đồng hồ. Trong một số loại xe Điện, đèn bắt đầu nhấp nháy khi phạm vi còn lại khoảng 25 km.
Các thành phần của xe điện lai thông thường
I. Lưu trữ năng lượng điện (Pin)
II. Lưu trữ năng lượng hóa học (thùng nhiên liệu)
III. Xe lửa điện
IV. Xe lửa lái xe lửa
Giới thiệu về ắc quy cho xe điện
Các đặc tính cần có của pin Xe điện
Có một số đặc điểm cần có của pin Xe điện, nhưng những đặc điểm sau đây là quan trọng hàng đầu và cung cấp đánh giá chính xác hợp lý về tính khả thi của pin.
Một. Chi phí mua ban đầu của bộ pin (giá mỗi kWh, bao gồm tất cả các đồ dùng)
b. Năng lượng cụ thể, là chỉ báo về kích thước của pin (Wh / kg)
C. Công suất cụ thể, là chỉ số đo khả năng tăng tốc và leo dốc (W / kg)
d. Chi phí vận hành (chi phí / km / hành khách)
e. Vòng đời dài với các đặc điểm không cần bảo trì
f. Khả năng sạc lại nhanh chóng (80% trong vòng 10 phút)
g. Khả năng hấp thụ dòng điện cao trong quá trình hãm tái sinh.
h. An toàn, đáng tin cậy và dễ tái chế.
Xe điện & xe điện hybrid
Trong xe điện thuần túy, pin sẽ được cung cấp ở chế độ liên tục. Dung lượng năng lượng của pin được thiết kế để nó có thể cung cấp định mức xả liên tục này cho toàn bộ phạm vi thiết kế của Xe điện. Thông thường, pin xe điện không được phép phóng điện vượt quá 80% dung lượng, để trạng thái sạc (SOC) của nó sẽ không giảm xuống dưới 20 đến 25%.
Phạm vi pin xe điện
Điều này là để bảo vệ pin khỏi tình trạng xả quá mức và tránh những khó khăn gặp phải trong trường hợp pin bị xả quá mức. Hơn nữa, pin cũng phải có thể chấp nhận năng lượng đầu vào từ hệ thống phanh tái tạo. Nếu pin đã được sạc đầy, pin sẽ không thể tiếp nhận năng lượng phanh tái tạo.
Xu hướng hiện tại của tốc độ phóng điện liên tục nói trên là một lần xếp hạng công suất. Ví dụ, nếu định mức công suất là 300 Ah, tốc độ phóng điện là 300 ampe. Luôn luôn, pin của xe điện sẽ bị phóng điện hoàn toàn một lần trong ngày. Tất nhiên, nó sẽ nhận lại năng lượng từ phanh tái tạo như khi tác dụng.
Tỷ lệ trung bình của năng lượng tái tạo là khoảng 15%. Con số này có thể lên đến hơn 40% trong một số trường hợp. Công suất tái tạo không vượt quá 40 kW. Giá trị cao nhất của nó là ở một mức giảm tốc cụ thể.
Ngày nay, các nhà sản xuất pin xe điện tuyên bố vòng đời khoảng 1000 đến> 10.000 chu kỳ.
Trên danh nghĩa, một pin ô tô điện yêu cầu loại pin 36 đến 40 kWh (dung lượng năng lượng có thể sử dụng) cho phạm vi khứ hồi từ 300 đến 320 km. Nhưng hầu hết các nhà sản xuất OEM chỉ định nhiều hơn giá trị này, thông thường, cao hơn từ 40 đến 60%. Điều này sẽ bù đắp cho việc giảm tuổi thọ do đạp xe để ngay cả sau thời lượng pin được bảo hành, vẫn có một biên dung lượng an toàn cho hoạt động bình thường của xe điện. Pin 96 kWh trong EV có công suất sử dụng được là 86,5 kWh.
Mặc dù các tế bào Li-ion ngày nay dễ dàng cung cấp năng lượng cụ thể 170 Wh / kg, năng lượng cụ thể của gói giảm 35%. Kết quả là, năng lượng riêng tổng thể giảm xuống còn 120 Wh / kg. Vào năm 2019, tỷ lệ gói của các thành phần không phải tế bào đã giảm xuống khoảng 28% từ khoảng 35%. Nhưng những đổi mới công nghệ như công nghệ cell-to-pack (loại bỏ tác nhân trung gian, mô-đun) có thể cải thiện hơn nữa năng lượng cụ thể của pin EV trong tương lai. Các đặc tính công suất cụ thể hiện tại của pin EV rất hài lòng và do đó, các kỹ sư R&D và nhà khoa học đang hướng tới mức năng lượng cụ thể cao hơn.
Tàu điện trên xe điện
Động cơ kéo cung cấp năng lượng cho xe chạy hoàn toàn bằng điện. Nhưng có những bộ điều khiển để điều khiển hiệu suất của động cơ điện. Có hai loại động cơ điện, động cơ AC và DC. Cái thứ hai dễ kiểm soát hơn và cũng ít tốn kém hơn; nhược điểm là trọng lượng nặng hơn và khối lượng lớn hơn. Những tiến bộ nhanh chóng trong lĩnh vực điện tử công suất đã bổ sung thêm các động cơ xoay chiều hiệu quả cao với phạm vi hoạt động rộng hơn, nhưng với chi phí cao hơn. Trong EV, năng lượng đầu vào động cơ được điều khiển bởi mạch điện tử rất phức tạp được gọi là mô-đun điều khiển điện tử (ECM). Người điều khiển EV đưa ra đầu vào thông qua bàn đạp ga.
Hệ thống quản lý pin (BMS) trên xe điện
Tương tự như mô-đun điều khiển điện tử nêu trên, có một hệ thống điều khiển cho pin, được gọi là hệ thống quản lý pin (BMS), kiểm soát hiệu suất của pin EV. BMS cũng có thể có các thiết bị điện tử riêng biệt được lắp đặt ở cấp độ ô hoặc mô-đun để giám sát nhiệt độ và điện áp của các ô, thường được gọi là bảng theo dõi nhiệt độ điện áp (VTM).
Ngoài những hệ thống này, sẽ có một hệ thống quản lý nhiệt, có thể bao gồm từ một giải pháp thụ động như sử dụng vỏ bọc làm bộ tản nhiệt cho đến một hệ thống làm mát bằng chất lỏng hoặc không khí được quản lý chủ động buộc không khí được làm mát (hoặc làm nóng) hoặc chất lỏng qua bộ pin. Các công tắc để bật và tắt dòng điện và hệ thống dây điện cũng là một phần của hệ thống. Tất cả các hệ thống khác nhau này phải kết hợp với nhau thành một giải pháp hệ thống duy nhất để pin hoạt động một cách an toàn và đáp ứng các kỳ vọng về tuổi thọ và hiệu suất của nó.
Lịch sử của Điện, Pin và Xe điện
Điện và Pin
Tại sao chúng ta nên thảo luận về lịch sử của pin điện và xe điện? Có một câu nói cổ: “những người không thể nhớ quá khứ bị kết án để lặp lại nó”. Do đó, cần có hiểu biết cơ bản về cách công nghệ phát triển. Điều này sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc hiểu rõ con đường tương lai của nó và đâu là những bên liên quan chính trong việc làm cho nó thực sự thành công. Như John Warner đã phát biểu trong cuốn sách của mình về pin Li-ion, “Các Hội chợ Thế giới của thời gian cung cấp một đại diện tốt về tốc độ đổi mới công nghệ và sự thay đổi trên thế giới nói chung” [1. John Warner, Sổ tay Thiết kế Bộ Pin Lithium-Ion, Elsevier, 2015, trang 14].
Người ta có thể hiểu rằng các hội chợ thế giới đã cung cấp một bức tranh về những ngày đó về tình trạng của các công nghệ khác nhau. Sự phát triển trong công nghệ pin chỉ có thể thực hiện được vì sự sẵn có, mở rộng và tăng trưởng của điện năng và mạng lưới điện của những ngày đó. Ở đây chúng ta phải hiểu rằng chỉ do nguồn điện “cung cấp” nên “nhu cầu” về pin (dự trữ năng lượng) được tạo ra. Nếu không, năng lượng dự trữ có thể đã không xuất hiện.
Phát triển pin cho xe điện
Người đọc thường nghĩ về pin là một trong những phát minh gần đây; họ hầu như chỉ biết về tế bào Leclanché và tế bào axít chì; tuy nhiên, có bằng chứng cho thấy pin đã được sử dụng vào khoảng 250 năm trước Công nguyên. Vào những năm 1930, một nhà khảo cổ học người Đức đang làm việc trên một công trường xây dựng ở Baghdad và tìm thấy thứ viết lại lịch sử của pin theo đúng nghĩa đen. Những gì ông phát hiện ra trong quá trình đào trông giống như một tế bào galvanic có khả năng tạo ra khoảng 1-2 V điện năng.
Cho đến giữa những năm 1700, rất ít tiến bộ đã được thực hiện trong việc phát triển pin. Đó là vào năm 1745-1746, hai nhà phát minh, song song nhưng theo dõi riêng biệt, đã phát hiện ra thứ được gọi là bình “Leyden” để lưu trữ điện. Sau đó các nhà Điện hóa học như Benjamin Franklin, Galvani, Volta, Ampere, Faraday, Daniel, và Gaston Planté, kể cả một số nhà phát minh, đã xuất hiện trong các chân trời của Điện và Điện hóa. Bảng sau minh họa sự phát triển của pin theo thứ tự thời gian.
Lịch sử hấp dẫn về sự phát triển của pin
Bảng 1 –
| Khoảng 250B.C. | Baghdad hoặc Pin Parthia (Baghdad) | Người Ai Cập có lẽ đã sử dụng pin để mạ điện bạc trên đồ trang sức tốt |
|---|---|---|
| GÒ VẤP | VÀ TIẾN ĐỘ ÍT | |
| 1600 | Gilbert (Anh) | Thành lập nghiên cứu điện hóa học |
| 1745 tháng 10 | Kinal, Nhà vật lý người Đức | Leyden Jar |
| 1745-1746 | Nhà khoa học Hà Lan Pieter van Musschenbroek của Đại học Leyden, | Leyden Jar |
| Giữa những năm 1700 | Benjamin Franklin | Thuật ngữ "pin" được đặt ra |
| 1786 | Luigi Galvani (1737-1798) | Cơ sở cho việc phát hiện ra pin chính đã được đặt ra ("Điện động vật") |
| 1796 | Alessandra Volta (1745-1827) | Phát hiện ra rằng đĩa kim loại khác nhau ("đống Volta") khi xếp chồng lên nhau theo kiểu xen kẽ với các tấm ngăn cách bằng bảng dán ẩm (bão hòa với nước muối) được đặt xen kẽ giữa chúng, có thể cung cấp dòng điện đáng kể liên tục |
| 1802 | Cruickshank (1792 - 1878) | Xếp các tấm Cu có kích thước bằng nhau các tấm Zn trong một hộp kín. Nước muối là chất điện phân. |
| 1820 | LÀ Ampe (1755 - 1836) | Điện từ học |
| 1832 & 1833 | Michael Faraday | Định luật Faraday |
| 1836 | JF Daniell | Cu trong CuSO4 và Zn trong ZnSO4 |
| 1859 | Raymond Gaston Plantae (1834-1889) (Pháp) | Phát minh ra tế bào điôxít chì |
| 1860 | Raymond Gaston Plantae (1834-1889) (Pháp) | Thuyết trình trước Học viện Pháp, Paris |
| 1866 [5] | Werner von Siemens của kỹ sư điện người Đức | Phát triển động lực cơ điện |
| 1873 | Zenobe Gramme, một nhà khoa học người Bỉ | Phát minh ra máy phát điện từ trường và động cơ điện một chiều đầu tiên |
| 1866 Geroge-Lionel Leclanche | Geroge-Lionel Leclanche (Pháp) (1839 - 1882) | Phát minh ra tế bào Leclanche |
| 1881 | Camille A Faure (Pháp) 1840 - 1898) | Dán lưới khách hàng tiềm năng |
| 1881 | Sellon | Sellon Hợp kim của chì với antimon |
| Những năm 1880- | -- | Sản xuất thương mại đã được bắt đầu ở một số quốc gia như Pháp, Anh, Mỹ và Liên Xô |
| 1881 - 1882 | Gladstone và bộ lạc | Lý thuyết sunphat kép cho phản ứng tế bào axit chì |
| 1888 | Gassner (Mỹ) | Hoàn thành ô khô |
| Những năm 1890- | -- | Xe điện |
| 1899 | Jungner (Thụy Điển) (1869-1924) | Phát minh ra tế bào niken-cađimi |
| 1900 | Ở Mỹ và Pháp | 1900 Chiếu sáng nhà ở, nhà xưởng & tàu hỏa. |
| 1900 | a.Phillipart với các vòng riêng lẻ | Tấm tế bào axit-chì hình ống |
| 1900 | b. | Tấm tế bào axit-chì hình ống có túi hình ống |
| 1901 | TA Edison (Mỹ) (1847-1931) | Phát minh ra cặp đôi niken-sắt |
| 1902 | Wade, London | Đặt "Pin phụ" |
| 1910 | thợ rèn | Ống cao su có rãnh (Exide Ironclad |
| 1912 100 EV | Ở Mỹ | Các nhà sản xuất đã chế tạo 6000 xe du lịch điện và 4000 xe thương mại |
| 1919 | G. Shimadzu (Nhật Bản) | Máy nghiền bi để sản xuất ôxít chì |
| 1920 | -- | Sử dụng lignin trong các bản cực âm của tế bào axit chì. |
| 1920 trở đi | Trên toàn thế giới | Các ứng dụng mới hơn như cung cấp điện khẩn cấp, điều hòa không khí cho toa tàu và một loạt các dịch vụ khác trên tàu thủy, máy bay, xe buýt và xe tải |
| 1938 | AE Lange | Nguyên lý của chu trình oxy |
| 1943- 1952 | Levin & Thompson; Jeannin, Neumann & Gottesmann; Phòng Kỹ thuật Gautrat | Cấu tạo của niken cadmium kín |
| 1950 | Gorge Wood Vinal | Đặt trước pin chính |
| 1955 | Gorge Wood Vinal | Sách về Pin lưu trữ (Lần xuất bản thứ 4) |
| 1965 | John Devit của Gates Corporation | Đề xuất Dự án về Axit-chì kín pin |
| 1967 | Công việc chế tạo pin Ni-MH bắt đầu tại Trung tâm Nghiên cứu Batelle-Geneva sau phát minh của công nghệ vào năm 1967 | |
| 1969 | Ruetschi và Ockerman | Quá trình tái tổ hợp trong một tế bào axit-chì kín |
| Giữa năm 1970 | - | Phát triển VR LABs |
| 1971 | Sản phẩm năng lượng của Gates | D-cell, được giới thiệu bởi Gate Energy Products (Denver, CO, USA |
| 1973 | Adam Heller | Đề xuất tế bào chính liti thionyl clorua |
| 1975 | Donald H.McClelland và John Devitt | Ắc quy axit-chì kín thương mại dựa trên nguyên tắc chu trình oxy |
| 1979 - 1980 | JB Goodenough và Đồng nghiệp | Vật liệu điện cực dương phản ứng với liti ở điện thế trên khoảng 3V, nếu chúng đã chứa liti, và liti này có thể được chiết xuất bằng điện hóa. |
| Những năm 1980- | -- | Hợp kim hyđrua mới được phát hiện vào những năm 1980 |
| 1986 | Stanford Ovshinsky | Pin Ni-MH đã được cấp bằng sáng chế bởi Ovonics. |
| 1989 - 1990 | -- | Thương mại hóa kim loại niken pin hydride |
| 1991 | Yoshio Nishi | Tế bào Li-ion |
| 1992 | Yoshio Nishi (Tập đoàn Sony) | Một chiếc EV với pin lithium-ion đã được trưng bày tại Triển lãm Ô tô Tokyo lần thứ 30 vào năm 1995. |
| 1996 | Goodenough, Akshaya Padhi và đồng nghiệp | Đề xuất vật liệu làm catốt sắt photphat Li |
| 1992 | KV Kordesch (Canada) | Thương mại hóa các tế bào mangan-dioxit kiềm có thể sạc lại (RAM) |
| 1993 | -- | OBC đã thực hiện cuộc trình diễn xe điện đầu tiên trên thế giới bằng Nickel-metal pin hyđrua vào năm 1993. |
| 1997 | M. Shiomi và đồng nghiệp, Lưu trữ Nhật Bản Công ty TNHH Pin, Nhật Bản | Bổ sung lượng carbon tăng lên trên các ứng dụng hệ thống điện HEV hoặc quang điện âm. |
| 1999* | -- | Thương mại hóa Li-ion Tế bào polyme |
| 2002 - 2003 D. Stone, E. | MJ Kellaway, P. Jennings, Crowe, A. Cooper | Nhiều tab VRLAB |
| 2002 | Y. Ogata | Hợp kim chì lưới dương mới với Ba bổ sung Pb – Ca – Sn với Ba |
| 2004 -2006 | Lam & đồng nghiệp, Công nghệ năng lượng CSIRO, Châu Úc | Pin siêu cho HEV |
| 2006 | SM Tabaatabaai & Đồng nghiệp | Vật liệu dạng lưới được tạo thành từ một tấm lưới ba chiều được làm từ hợp chất bọt hữu cơ. Độ dẫn điện truyền vào lưới bọt bằng cách sử dụng lớp mạ đồng |
| 2006 | Changsong Dai & Co-worker | Lưới xốp đồng mạ chì cho tấm âm |
| 2008 | EALABC, Furukawa Battery Co., Ltd, Nhật Bản, CSIRO Energy Technology, Australia and Provector Ltd., UK | Pin Ultra (144V, 6.7Ah) cho HEVs đã được thử nghiệm trên đường trong 100.000 dặm. Hiệu suất vượt quá hiệu suất của pin Ni-MH |
| 2011 | Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne | Vật liệu catốt niken-mangan-coban (NMC) |
| 2013 | N. Takami và cộng sự. | Cực dương oxit titan Lithium |
| 2018 | N. Takami và cộng sự | Cực dương TiNb2O7 |
| 2020 | BloombergNEF | Chi phí gói LIB giảm xuống còn US $ 176 / kWh = 127 chi phí cell + 49 chi phí gói) |
Lịch sử đáng kinh ngạc của xe điện !!
Lịch sử của xe điện trải dài trong một thời gian dài từ đầu thế kỷ 19.
Bảng sau đây cung cấp thông tin chi tiết về các sự kiện dẫn đến EVs ngày nay
ban 2
| Người phát minh | Quốc gia | Giai đoạn = Stage | Thông tin chi tiết | |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Anyos Istvan Jedlik | Nhà vật lý người Hungary | 1828 | Mẫu ô tô điện đầu tiên |
| 2 | Thomas Davenport | Một nhà phát minh người Mỹ | 1834 | Động cơ điện đầu tiên thành công về mặt thương mại |
| 3 | Sibrandus Stratingh và Christopher Becker | Giáo sư hà lan | 1834-1835 | 1835, Xe ba bánh chạy bằng hơi nước năm 1834 1835 Một chiếc xe ba bánh chạy hoàn toàn bằng điện được trang bị một trong những viên pin đầu tiên |
| 4 | Robert Davidson | Nhà phát minh người Scotland | 1837-1840 | Tự chế tạo pin vào năm 1837 và chế tạo động cơ điện có kích thước hợp lý đầu tiên. |
| 5 | Gustave Trouvé | 1881 | Cải tiến một động cơ điện nhỏ do Siemens phát triển với bộ tích lũy Starley. Ông đã lắp động cơ này trên một chiếc xe ba bánh của Anh, do đó ông vừa phát minh ra chiếc EV đầu tiên trong lịch sử. | |
| 6 | William Morrison | Mỹ | 1892 | Phát triển cỗ xe sáu người, bốn mã lực của mình có thể đạt tốc độ tối đa khoảng 14 dặm / h |
| 7 | Henry Ford | Detroit | 1893 | Năm 1893, thử nghiệm thành công động cơ xăng [https://www .history.com/topics/inventions/model-t]. |
| 8 | Henry G Morris và Pedro G Salom | Philadelphia | 1894 | Electrobat cung cấp một công việc kinh doanh sinh lợi, so với taxi do ngựa điều khiển do thời gian ngừng hoạt động thấp hơn và nhiều chuyến đi hơn |
| 9 | Phòng thí nghiệm Bell, | Mỹ | 1945 | Phát minh ra thyristor nhanh chóng thay thế các ống chân không |
| 10 | William Shockley | Phòng thí nghiệm Bell, | 1950 | Bộ chỉnh lưu điều khiển silicon (SCR) hoặc thyristor |
| 11 | Moll và các kỹ sư Power khác | General Electric | 1956 | SCR của William Shockley |
| 12 | General Motors (GM) | General Motors (GM) | 1966 | Electrovan |
Sự thật thú vị về xe điện !!
| Srl Không | Thông tin chi tiết |
|---|---|
| 1 | Tại Mỹ, cuộc đua xe điện đã thu hút rất nhiều người đam mê từ năm 1897. Trong năm đó, Công ty Sản xuất Pope đã sản xuất được khoảng 500 chiếc EV. |
| 2 | Ba thập kỷ đầu của thế kỷ 20 (1910-1930) là thời kỳ tốt nhất cho xe điện. Trong thời kỳ này, xe điện cạnh tranh với xe chạy xăng Với những con đường chưa trải nhựa của các thành phố thời bấy giờ ở Hoa Kỳ, phạm vi lái xe nhỏ của chúng hoàn toàn không phải là vấn đề. Tuy nhiên, ở châu Âu, vì những con đường trải nhựa giúp cải thiện việc đi lại đường dài, nên công chúng muốn có những chiếc xe tầm xa, loại xe ICE đã sẵn sàng cung cấp. |
| 3 | Các thành phố lớn của Hoa Kỳ bắt đầu được hưởng lợi từ điện vào những năm 1910. Các phạm vi lái xe nhỏ là điều kiện thuận lợi cho xe điện trong những ngày đó. Xe điện đã được thị trường chấp nhận dễ dàng với các chủ đội xe taxi và xe tải giao hàng. |
| 4 | Ba sự kiện quan trọng trong lịch sử của các phương tiện ICE đã tạo động lực cho sự phát triển nhanh chóng của chúng và đồng thời, đóng chiếc đinh cuối cùng trong quan tài của EV. Một. Sự ra đời của chiếc Model T “giá rẻ, số lượng lớn” của Henry Ford vào năm 1908. [https://en .wikipedia.org/wiki/Ford_Model_T] b. Charles Kettering phát minh ra bộ khởi động ô tô điện vào năm 1912. C. Hệ thống đường cao tốc Hoa Kỳ bắt đầu kết nối các thành phố của Hoa Kỳ |
| 5 | Mối quan tâm về môi trường của những năm 1960 và 1970 đã tạo động lực to lớn cho các công trình R & D trên EVB. Phạm vi và hiệu suất vẫn là những trở ngại cần vượt qua |
| 6 | Một lần nữa, các cuộc khủng hoảng dầu mỏ năm 1973 và 1979 vẫn tiếp tục khuyến khích sự phát triển của EVB. |
| 7 | Số lượng lớn các phương tiện ICE đã tạo ra các vấn đề về chất lượng không khí do vi phạm các tiêu chuẩn chất lượng không khí. Điều này đặc biệt như vậy ở các thành phố tiên tiến trên thế giới. Điều này đã thúc đẩy Bang California, Hoa Kỳ, vào đầu năm 1990 thông qua Đạo luật Không khí Sạch để khuyến khích xe điện. |
| 8 | Đạo luật Không khí sạch ban đầu quy định rằng 2% tổng số xe hạng nhẹ mới được bán tại bang sẽ là ZEV vào năm 1998 (30.000 EV), 5% vào năm 2001 (75.000), tăng lên 10% vào năm 2003 (1.50.000). Ngoài ra, ở những bang không tuân theo chương trình của California, các nhà sản xuất ô tô phải giảm lượng khí thải NOx và tổng hydrocacbon từ ống đuôi xuống lần lượt là 60% và 39%, từ năm 1994 đến năm 1996 đối với các loại xe hạng nhẹ. Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA) yêu cầu giảm thêm 50% lượng phát thải vào năm 2003. |
| 9 | Vào ngày 29 tháng 3 năm 1996, nhiệm vụ ZEV năm 1998 của Ban Tài nguyên Không khí California (CARB) đã bị hạ thấp do áp lực mạnh mẽ từ các nhà sản xuất ô tô và nhà cung cấp dầu bị ảnh hưởng xấu, đánh giá của một hội đồng độc lập rằng pin tiên tiến không thể được cung cấp cho đến năm Năm 2001 cũng là một lý do khác. Đúng như đánh giá của bảng trên, những loại pin cải tiến như vậy chỉ mới ra mắt gần đây với giá cả phải chăng vào năm 2018 (Giá gói 176 đô la Mỹ / kWh = 127 chi phí cell + 49 chi phí gói). Các chuyên gia pin dự đoán chi phí EVB sẽ giảm xuống <100 USD / kWh vào năm 2025 và 62 USD / kWh vào năm 2030 (bằng phép ngoại suy) |
| 10 | Hiệp hội pin tiên tiến Hoa Kỳ (USABC): Chính phủ Liên bang Hoa Kỳ và ba nhà sản xuất ô tô lớn của Hoa Kỳ (Chrysler, Ford và General Motors) đã quyết định tập hợp nguồn lực của họ (khoảng 262 triệu đô la Mỹ) vào nghiên cứu pin trong thời gian 3 năm. Các nhà sản xuất này cùng với các tổ chức khác như Viện Nghiên cứu Năng lượng Điện (EPRI) đã thành lập Hiệp hội Pin Tiên tiến Hoa Kỳ (USABC) vào năm 1991, trong đó Chính phủ Hoa Kỳ tài trợ bình đẳng. |
| 11 | USABC đã xây dựng hai nhóm mục tiêu cho pin EV (Bảng 3) nhằm phát triển một gói pin tạm thời cho giai đoạn đầu (1994-95) và mục tiêu dài hạn để hiệu suất EV sẽ cạnh tranh với các phương tiện sử dụng động cơ IC. |
| 12 | Hiệp hội pin axit chì tiên tiến (ALABC): ALABC [5. RF Nelson, The Battery Man, tháng 5 năm 1993, trang 46-53] được thành lập vào tháng 3 năm 1992 để quản lý Kế hoạch nghiên cứu 4 năm với quỹ là 19,3 triệu đô la Mỹ (khoảng 48 Rs) để phát triển - pin axit chì EV hiệu suất sẽ phục vụ một thị phần đáng kể của thị trường xe điện trong ngắn hạn đến trung hạn. ALABC được quản lý bởi Tổ chức Nghiên cứu Kẽm Chì Quốc tế (ILZRO) và là một tổ chức hợp tác giữa mười bốn nhà sản xuất chì lớn nhất, mười hai nhà sản xuất pin, tiện ích điện, nhà sản xuất động cơ, nhà sản xuất bộ sạc và khớp nối, nhà cung cấp tàu điện, nhà sản xuất bộ điều khiển / điện tử, và các tổ chức thương mại EV. |
| 13 | Từ năm 1991, các Thỏa thuận Hợp tác về R & D đã được hoàn tất giữa Văn phòng Công nghệ Xe (VTO) của Bộ Năng lượng (DOE), Hiệp hội Pin Tiên tiến Hoa Kỳ (USABC). |
| 14 | Quy mô thị trường pin Li-ion hàng năm có thể tăng từ 25 Tỷ USD (2019) lên 116 Tỷ USD (2030). |
| 15 | Giá bộ pin giảm từ 1100 USD / kWh xuống còn 156 USD vào năm 2019 và dự kiến lên 62 USD / kWh vào năm 2030. (BloombergNEF) |
Công nghệ pin Nickel Metal Hydride cho xe điện
Việc phát minh ra hệ thống pin Ni-MH là dẫn xuất của cả pin Ni-Cd và Ni-H2. Cd trong hệ thống Ni-Cd được coi là một vật liệu nguy hiểm. Những ưu điểm liên quan của hệ thống mới là năng lượng riêng cao hơn, áp suất yêu cầu thấp hơn và giá thành của tế bào Ni-MH. Công việc được hỗ trợ bởi hai nhà sản xuất ô tô của Đức trong khoảng thời gian 20 năm
Các phản ứng điện hóa tạo ra năng lượng:
Có rất nhiều điểm giống nhau giữa các tế bào Ni-Cd và Ni-MH, ngoại trừ điện cực âm. Như trong trường hợp tế bào Ni-Cd, trong quá trình phóng điện, chất hoạt động tích cực (PAM), niken oxyhydroxit, bị khử thành niken hydroxit. (Do đó, điện cực dương hoạt động như một cực âm):
NiOOH + H 2 O + e – Phóng điện↔ Tích điện Ni (OH) 2 + OH – E ° = 0,52 Vôn
Chất hoạt động âm (NAM), phản ứng như cho dưới đây: (Do đó điện cực âm hoạt động như một cực dương):
MH + OH – Xả↔Sạc M + H 2 O + e – E ° = -0,83 Volt
Đó là, quá trình giải hấp hydro xảy ra trong quá trình phóng điện.
Tổng phản ứng trong quá trình phóng điện là
NiOOH + H 2 O + e – Xả↔ Sạc Ni (OH) 2 + OH
MH + OH – Xả↔Sạc M + H 2 O + e –
Xả NiOOH + MH↔ Sạc Ni (OH) 2 + M E ° = 1,35 Volts
Hãy nhớ điều đó
Điện áp tế bào = V Tích cực – V Âm tính
Do đó 0,52 – (-0,83) = 1,35 V
Ở đây cần lưu ý rằng các phân tử nước được thể hiện trong các phản ứng của một nửa tế bào không xuất hiện trong phản ứng tổng thể hoặc toàn bộ tế bào. Điều này là do chất điện phân (dung dịch kali hydroxit trong nước) không tham gia vào phản ứng tạo ra năng lượng và nó chỉ ở đó với mục đích dẫn điện. Ngoài ra, hãy lưu ý rằng dung dịch nước của axit sunfuric được sử dụng làm chất điện phân trong các tế bào axit chì thực sự tham gia vào phản ứng như hình dưới đây:
Xả PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4↔Sạc 2PbSO 4 + 2H 2 O
Đây là sự khác biệt quan trọng giữa tế bào axit chì và tế bào kiềm. Quá trình ngược lại xảy ra trong phản ứng tích điện.
Tế bào hyđrua kim loại niken được hàn kín sử dụng phản ứng tái kết hợp oxy tương tự như phản ứng xảy ra trong các tế bào axit-chì được điều chỉnh bằng van (VRLA), do đó ngăn chặn sự gia tăng không mong muốn của áp suất bên trong do tạo ra khí vào cuối phí và đặc biệt là trong thời gian quá tải.
Trong quá trình tích điện, PAM đạt điện tích đầy trước NAM và do đó, điện cực dương bắt đầu tạo oxy.
4OH – → 2H 2 O + O 2 + 4e –
Do đó, khí phát triển từ phản ứng trên sẽ đi qua ma trận xốp của thiết bị phân tách đến NAM được hỗ trợ bởi cấu tạo chất điện ly đói và bằng cách sử dụng thiết bị phân tách thích hợp.
Vì O 2 kết hợp với điện cực MH để tạo ra nước trên điện cực âm, nên ngăn chặn sự tích tụ áp suất bên trong pin. Mặc dù vậy, vẫn có một van an toàn trong trường hợp sạc quá mức kéo dài hoặc bộ sạc bị trục trặc.
4MH + O 2 → 4M + 2H 2 O
Hơn nữa, theo thiết kế, NAM không bao giờ được phép sạc đầy, do đó ngăn chặn khả năng sản xuất hydro. Ngoài ra, điều rất quan trọng là tuân theo một thuật toán tích điện thông minh để hạn chế việc tạo ra O2 vượt quá khả năng hiệu quả tái tổ hợp của tế bào. Điều này cũng đạt được bằng cách kiểm soát cẩn thận tỷ lệ hai nguyên liệu hoạt động.
Bạn đọc có thể tham khảo phần sau để biết chi tiết về pin Ni-MH
Một. Chương về pin Ni-MH của Michael Fetcenko và John Koch trong Sổ tay
b. Kaoru Nakajima và Yoshio Nishi Chương 5 trong: Hệ thống lưu trữ năng lượng cho điện tử.
Công nghệ ắc quy axit chì trong xe điện
Hiệp hội pin axit chì tiên tiến (ALABC) [7. JF Cole, J. Power Sources, 40, (1992) 1-15] được thành lập vào tháng 3 năm 1992 để quản lý Kế hoạch nghiên cứu 4 năm với quỹ là 19,3 triệu đô la Mỹ (khoảng 48 Rs) để phát triển pin axit chì EV hiệu suất cao sẽ phục vụ một thị phần đáng kể của thị trường xe điện trong ngắn hạn đến trung hạn.
ILZRO quản lý tập đoàn này và là tổ chức hợp tác giữa mười bốn nhà sản xuất chính lớn nhất, mười hai nhà sản xuất pin, tiện ích điện, nhà sản xuất động cơ, nhà sản xuất bộ sạc và khớp nối, nhà cung cấp tàu điện, nhà sản xuất bộ điều khiển / điện tử và các tổ chức thương mại EV. Số thành viên hiện là 48, đến từ 13 quốc gia. ALABC (nay là CBI) có năm mục tiêu nghiên cứu và phát triển quan trọng đã được đưa vào Bảng 3. Ắc quy axit-chì tiên tiến có khả năng cung cấp cho xe điện phạm vi di chuyển hàng ngày từ 90 dặm trở lên, thời gian sạc lại trong vài phút và tuổi thọ khoảng 3 năm.
Tình trạng công nghệ của ALABC vào năm 1998 chỉ ra rằng, với các dự án đang chạy trên xe lửa, ắc quy axit-chì điều chỉnh van có đặc tính hiệu suất 48 Wh / kg, 150W / kg, sạc nhanh 80% trong 10 phút, và vòng đời của 800 theo kế hoạch để phát triển trước cuối năm 1998. Việc đạt được hiệu suất như vậy sẽ thể hiện một bước tiến ngoạn mục của cộng đồng pin axít chì trong suốt những năm 1990 và mang đến triển vọng về một chiếc ô tô điện có phạm vi hoạt động mỗi lần sạc trên 100 dặm, có thể lặp lại nhiều lần trong vòng một ngày và hơn 500 lần trong suốt thời gian tồn tại của một bộ pin [https://batteryuniversity .com/learn/article/battery_developments]
Pin Lithium-ion trong xe điện
Lịch sử phát triển của pin lithium-ion
Bàn số 3:
| Công việc nghiên cứu | Nhà phát minh / Tác giả | Năm | Tình cảm | Nhận xét |
|---|---|---|---|---|
| Khám phá độ dẫn ion cao của pha rắn NaAl11O17, được gọi là natri β-alumina, dẫn đến hệ thống pin Na-S | Kummer và đồng nghiệp | 1967 | Phòng thí nghiệm Ford Motor Co. | Lịch sử của tế bào Li-ion bắt đầu |
| Hệ thống pin Na-S | N. Weber và JT Kummer | 1967 | Phòng thí nghiệm Ford Motor Co. | Hệ thống nhiệt độ cao |
| FeS hoặc FeS2 được nghiên cứu làm vật liệu catốt so với kim loại Li | DR Vissers et.al. | 1974 | ANL | Khi phản ứng với Li, các vật liệu này trải qua các phản ứng hoàn nguyên, với sự biến mất của các pha ban đầu và hình thành các pha mới |
| Cực dương kim loại Li và cực âm titan sunfua (TiS2) | GS Whittingham | 1976 | Đại học Binghamton, Binghamton, New York 13902, Hoa Kỳ | Li hình thành các đuôi gai ở bề mặt kim loại khi đi xe đạp, dẫn đến đoản mạch. |
| Các vật liệu ban đầu chứa liti, và việc loại bỏ liti khỏi chúng bằng phương pháp điện hóa là công trình nghiên cứu trên Li1-xCoO2 vào năm 1980. | GS Goodenough và các đồng nghiệp | 1980 | Đại học Oxford, Vương quốc Anh | Li hợp chất xen kẽ |
| Vật liệu anốt đặc biệt dựa trên than cốc | Akira Yoshino | 1985 | Vật liệu cực dương mới | |
| Vật liệu cực dương ở trên được kết hợp với LixCoO2 | Akira Yoshino | 1986 | Tổng công ty Asahi Kasei | Tế bào Li-ion |
| Sự an toàn của pin Li-ion đã được chứng minh | Akira Yoshino | 1986 | Tổng công ty Asahi Kasei | Sự an toàn của cực dương kim loại Li và ion Li đã được chứng minh |
| Pin Li-ion thương mại vào năm 1991. | 1991 | Tập đoàn Sony | ||
| Với sự phát triển hơn nữa, pin Li-ion đã được thương mại hóa. | 1992 | Một liên doanh của Asahi Kasei và Toshiba. | ||
| Vật liệu catốt mới hơn Li manganate và Li sắt phosphate | Nhóm của Goodenough | 1997 | Nhóm của Goodenough | |
| Cực dương graphit | 1990 |
Hóa học tế bào Li-ion Lithium coban (LCO)
Tổng phản ứng là
C 6 + LiCoO 2 ⇄ Li x C 6 + Li 1-x CoO 2
Ô E = 3,8 – (0,1) = 3,7 V.
Tế bào Li-ion của hóa học LiFePO 4
Tổng phản ứng LiFePO 4 + 6C → LiC 6 + FePO 4
Ô E = 3,3 – (0,1) = 3,2 V
Kỷ nguyên xe điện hiện đại
Thực sự cho đến những năm 1990, các nhà sản xuất ô tô lớn nghiên cứu các giải pháp xe hybrid và xe điện mới bắt đầu có kết quả. Song song với những tiến bộ này, pin lithium-ion thương mại đầu tiên được giới thiệu ra thị trường vào năm 1991 và nhanh chóng được chấp nhận. Với sự phổ biến nhanh chóng của thiết bị điện tử cá nhân, những loại pin mật độ năng lượng cao này đã trở thành giải pháp lưu trữ năng lượng được lựa chọn cho nhiều ứng dụng khác nhau từ điện tử di động đến xe hybrid và xe điện.
Kỷ nguyên hiện đại của xe điện đã bị kết thúc bởi tình trạng thiếu dầu vào những năm 1970.
Sự phát triển của HEV / Xe điện hiện đại
Bảng-4
| EV / HEV | Khoảng Năm | Nhận xét |
|---|---|---|
| General Motors '(GM) EV1. | 1996-1999 | EV 1 |
| Xe tải lai song song ”(PHT), | 1999 | |
| Hệ thống kết hợp 2 chế độ | 2008 | |
| Hệ thống hybrid nhẹ kiểu “Belt-Alternator-Starter” (BAS) | 2011 | 1. BAS đầu tiên của GM là hệ thống 36-V với pin Ni-MH do Cobasys phát triển. 2. Thế hệ thứ hai (e-Assist) tăng điện áp của hệ thống lên 115 V và thay đổi thành pin Li-ion 0,5 kWh làm mát bằng không khí do Hitachi Vehicle Energy Ltd thiết kế |
| Công nghệ Voltec của GM | 2010 | Volt là một "loạt hybrid" kết hợp cả ICE nhỏ với pin lithium-ion 355-V với các tế bào của LG Chem và được thiết kế bởi GM và hai động cơ điện. |
| Hệ thống Toyota Hybrid (THS) | 1997 | Pin Ni-MH 288-V làm mát bằng không khí với năng lượng ~ 1,7 kWh |
| Tất cả các RAV4 SUV chạy điện | 2006 | Pin RAV4 EV thế hệ thứ hai, dựa trên bộ pin Tesla Model-S có pin Li-ion 386 V với khoảng 52 kWh. |
| Honda Insight | 1999-2006 | một “chiếc xe hybrid tiết kiệm nhiên liệu - hai chỗ ngồi, tiết kiệm nhiên liệu nhất |
| Mitsubishi | 2009 | i-Miev |
| Mazda | 2000-2011 | các tùy chọn hybrid trên Tribute, Mazda3 và Mazda6 của họ |
| Huyndai | 2012 | một bản lai Sonata, Tuscon và Elantra |
| Kia | 2000 | Optima lai |
| Subaru | 2007 | XV Crosstrek và một Stella Nhúng vào hỗn hợp. |
| Nissan | 2010 | Lá cây |
| Ford | 2011 | 1. Focus EV sử dụng pin Li-ion 23 kWh (LG Chem); 2. C-Max (2012) |
| xe BMW | 2013 | e-Tron, i-8 và Active Hybrid |
| BYD của Trung Quốc, Tổng công ty công nghiệp ô tô Bắc Kinh (BAIC), Geely, Tổng công ty công nghiệp ô tô Thượng Hải (SAIC) Trường An, Chery, Dongfeng, First Auto Works (FAW), Brilliance Automotive, Foton, Great Wall, Lifan, và nhiều người khác | Phần sau của những năm 2000 | . |
Ngày nay, EV và HEV rõ ràng vẫn ở đây để tồn tại. Vào đầu những năm 2030, khi công nghệ tiếp tục được cải thiện và chi phí pin trở nên dễ dàng hợp lý, tùy chọn cho xe điện không phát thải (ZEV) sẽ vượt qua tất cả các lựa chọn khác cho chủ sở hữu phương tiện.
Giá pin EV, ở mức trên 1.100 USD / kilowatt giờ vào năm 2010, đã giảm 87% xuống còn 156 USD / kWh vào năm 2019. Đến năm 2023, giá trung bình có thể đạt gần 100 USD / kWh.
Bảng 5
[2. Global EV Outlook 2020 (IEA) trang 155, https://webstore.iea.org/download/direct/3007]
Số lượng xe điện, Doanh số bán, Thị phần, Kích thước pin, Phạm vi, v.v.
| Năm | 2010 | 2017 | 2018 | 2019 | 2025 | 2030 | Nhận xét |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Doanh số (triệu) | 0.017 | 0.45 | 2.1 | ||||
| Doanh số (triệu) | 7.2 | 47% ở Trung Quốc vào năm 2019 | |||||
| Mở rộng kho hàng | 60% | Đã tăng trung bình hàng năm 60% trong giai đoạn 2014-19 | |||||
| Chia sẻ của Trung Quốc | 47% | ||||||
| Bán xe toàn cầu | 2.6% | ||||||
| Cổ phiếu toàn cầu | 1% | ||||||
| Tăng% | 40% | Hai lý do để tăng: Các mẫu EV có pin kWh cao hơn và do đó phạm vi cao hơn hiện đang được cung cấp và dự kiến Thị phần của BEV so với PHEV đang tăng lên. | |||||
| Kích thước gói pin trung bình (kWh) | 37 | 44 | 20-30 kilowatt-giờ (kWh) trong năm 2012 | ||||
| Kích thước bộ pin (kWh) | 50- đến 70 | 48 đến 57 | 70 đến 80 | Đối với PHEVs xấp xỉ. 10-13 kWh vào năm 2018 (50-65 km của tất cả các phạm vi lái xe điện) và 10-20 kWh vào năm 2030. Năm 2019 -14% tăng so với năm 2018 | |||
| Phạm vi trung bình (km) | 350 đến 400 | ||||||
| Dự báo toàn cầu | Năm 2019, dự báo toàn cầu = 3% thị phần |
| Năm | Tăng hoặc giảm (%) | |
|---|---|---|
| Phần trăm tăng trưởng | 2016 đến 2019 | Tăng 6% |
| Phần trăm tăng trưởng | 2016 đến 2019 | Giảm 30% |
Theo IEA, Kịch bản Chính sách cụ thể ( SPC ) là một tình huống kết hợp các chính sách hiện hành của Chính phủ; và Kịch bản Phát triển Bền vững ( SDC ) hoàn toàn tương thích với các mục tiêu của hiệp định khí hậu Paris. Mục tiêu thứ hai bao gồm các mục tiêu của Chiến dịch EV30 @ 30 (30% thị phần cho xe điện ở tất cả các phương thức, ngoại trừ xe hai bánh vào năm 2030).
Trong SPC, kho dự trữ EV trên thế giới (tất cả các phương thức, ngoại trừ xe hai và ba bánh), tăng từ khoảng 8 triệu (2019) lên 50 triệu (2025) và rất gần 140 triệu (2030, khoảng 7%). Tương ứng với tốc độ tăng trưởng hàng năm rất gần 30%
Doanh số bán xe điện đạt gần 14 triệu (năm 2025, tương đương 10% tổng doanh số xe đường bộ) và 25 triệu (năm 2030, tương đương 16% tổng doanh số xe đường bộ).
Theo SDC, dự trữ xe điện trên thế giới đạt gần 80 triệu xe vào năm 2025 và 245 triệu xe vào năm 2030 (không bao gồm xe hai / ba bánh.
Chiến dịch EV30 @ 30 đã được phát động tại Hội nghị Bộ trưởng Năng lượng Sạch lần thứ 8 vào năm 2017. Các quốc gia tham dự là Canada, Trung Quốc, Phần Lan, Pháp, Ấn Độ, Nhật Bản, Mexico, Hà Lan, Na Uy, Thụy Điển và Vương quốc Anh.
| Năm | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | 2025 | 2030 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Quy mô thị trường pin Li-ion hàng năm (Tỷ đô la) | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | 25 | 60 | 116 | |
| Chi phí của bộ pin ($ / kWh) | 1100 | -- | -- | 650 | 577 | 373 | 288 | 214 | 176 | 156 | 100 | 62 |
Hình 1.
Quy mô thị trường pin Lithium-ion hàng năm trên toàn cầu
https://www.greencarcongress.com/2019/12/20191204-bnef.html
Quy mô thị trường bán hàng của LIB cho xe điện có thể đạt khoảng 120 tỷ USD vào năm 2030.
Giá pin, cao hơn 1.100 USD / kWh vào năm 2010 và 288 USD / kWh vào năm 2016, đã giảm xuống 156 USD / kWh vào năm ngoái (2019) và sau khoảng 4 năm, chi phí trung bình có thể rất gần 100 USD / kWh, theo báo cáo của một công ty nghiên cứu thị trường. Một trong những nhà sản xuất EV hàng đầu đã sử dụng cell 18659 dễ sử dụng nhất để giảm giá thành xuống 250 USD / kWh.
ANL đã xây dựng mô hình tính toán (BatPac) để đánh giá hiệu suất và chi phí sản xuất của pin lithium-ion cho EV. Sử dụng một loại tế bào đặc biệt của pin 80 kWh và công suất sản xuất hàng năm xác định, giá pin trung bình được ước tính nằm trong khoảng 105 đến 150 USD / kWh.
Ví dụ về một số gói pin EV
Người tiêu dùng EV mong đợi được bảo hành 8 năm hoặc giới hạn số km cụ thể đối với pin. Một nhà sản xuất xe điện hàng đầu cung cấp bảo hành 8 năm cùng với quãng đường đi không giới hạn.
Toshiba tuyên bố pin của họ sẽ giữ được 90% kWh ngay cả sau 5000 chu kỳ tương đương với 14 năm chu kỳ sạc lại với một chu kỳ mỗi ngày. Mặc dù Toshiba đang nói về việc bán pin vào năm 2021, nhưng hãng không công bố giá thành.
Báo cáo về Pin Tesla (http://doc.xueqiu.com/1493d8803372d3fd67cb5c51.pdf) (Bản quyền: 2014 Total Battery Consulting, Inc.)
Bộ pin EV (Bản quyền: 2014 Total Battery Consulting, Inc.) (http://doc.xueqiu.com/1493d8803372d3fd67cb5c51.pdf)
Cơ sở hạ tầng sạc EV toàn cầu
Một phần chính của bộ sạc EV nhẹ do người tiêu dùng sở hữu. Trung Quốc sở hữu khoảng 80% bộ sạc công cộng so với 47% tổng kho EV hạng nhẹ toàn cầu. Chỉ riêng năm ngoái (2019), mức tăng bộ sạc công khai ở Trung Quốc là 60% số bộ sạc công cộng toàn cầu và quốc gia này có 80% bộ sạc công cộng trên thế giới và 50% bộ sạc chậm có thể truy cập công khai.
Bảng 7
Cơ sở hạ tầng sạc EV toàn cầu
[ Global EV Outlook 2020 (IEA) https: // webstore .iea.org / download / direct / 3007 ].
Phần lớn các bộ sạc cho xe chạy bằng đèn điện là bộ sạc tư nhân.
| Bộ sạc có sẵn (triệu) | 7.3 | |||
|---|---|---|---|---|
| Riêng tư | Công cộng | Bộ sạc nhanh | Bộ sạc chậm | |
| 6,5 triệu ~ 80% | 0,876 triệu 12% (862 000) | 4% 263 000 | 8% 598 000 |
Tăng 60% so với năm 2018
Xe buýt 2019
Bộ sạc có sẵn – 184000 chiếc (tăng 17% vào năm 2019 so với năm 2018 (157 000)
Cơ sở hạ tầng sạc xe tải điện toàn cầu.
| Loại xe tải | Xe tải chở hàng hạng trung (3,5 đến 15 tấn GVW) | Xe tải chở hàng hạng nặng (> 15 tấn GVW) |
| Kích thước năng lượng của bộ pin | 70 - 300k Wh | 200 - 1000k Wh |
Kịch bản của Ấn Độ: Cơ sở hạ tầng sạc EV và EV
Cổ phiếu EV Ấn Độ
Tỷ lệ doanh số bán hàng của xe điện trên tất cả các phương thức ở Ấn Độ đạt gần 30% vào năm 2030 trong Kịch bản chính sách mới, gần như phù hợp với mục tiêu của nước này (Chính phủ Ấn Độ, 2018). Điện khí hóa xe chủ yếu ở phân khúc xe hai bánh với BEVs chiếm 4/10 chiếc mới vào năm 2030. EV cũng thâm nhập vào thị trường LDV và xe buýt đô thị, đạt 14% tổng số ô tô chở khách và LCV, và 11% tổng doanh số xe buýt.
Việc triển khai xe điện ở Ấn Độ được thúc đẩy bởi mục tiêu vào năm 2017 là chuyển đổi hoàn toàn sang xe điện vào năm 2030. Năm 2018, mục tiêu 30% đã được thiết lập và đang được hỗ trợ bởi một số biện pháp chính sách như tiêu chuẩn hóa, mua sắm đội xe công và các khuyến khích kinh tế có mục tiêu, cho cả việc tiếp nhận phương tiện và triển khai cơ sở hạ tầng thu phí.
Trong Kịch bản EV30 @ 30, với tư cách là công ty tiên phong trên toàn cầu trong quá trình chuyển đổi sang di chuyển bằng điện, Ấn Độ đạt doanh số bán hàng EV trên tất cả các phương thức (trừ xe hai / ba bánh) là 29% vào năm 2030 (54% bao gồm cả xe hai / ba bánh). Năm 2030, ở Ấn Độ 72% xe hai bánh, 31% ô tô và 24% xe buýt là chạy điện. [ số 8. Global EV Outlook 2020 (IEA) trang 139, https://webstore.iea.org/download/direct/3007].
Tại Ấn Độ, Tổng công ty Vận tải Tây Bengal (WBTC) đã bổ sung thêm 80 xe buýt điện và bộ sạc thông qua giai đoạn đầu của chính sách của Chính phủ về việc khuyến khích sử dụng xe điện có tên là Áp dụng nhanh hơn và sản xuất xe hybrid & xe điện (FAME I). Một số xe buýt dài 9 mét có gói pin 125 kWh và một số xe buýt dài hơn (12 mét) có gói pin 188 kWh.
Hình 3.
Doanh số bán xe điện ở Ấn Độ vào năm 2030 [ Toàn cầu EV Outlook 2020 (IEA) trang 159, https: // webstore. iea.org/download/direct/3007]
Năm ngoái (2019), doanh số bán xe điện tại Ấn Độ là 0,750 triệu chiếc và tổng lượng hàng dự trữ đạt khoảng 7,59 triệu chiếc. Năm ngoái, xe hai bánh đã chứng kiến mức tăng trưởng 130% so với năm 2018.
https://www.autocarindia.com/car-news/ev-sales-in-india-cross-75-lakh-mark-infy2019-412542 truy cập ngày 6 tháng 8 năm 2020).
Trong hoàn cảnh hiện tại, các nhà sản xuất 2-W đã học cách tự hỗ trợ mình mà không cần trợ cấp của Chính phủ. Doanh số bán hàng giảm vào tháng 4 năm ngoái (2019) là do các quy định nghiêm ngặt của giai đoạn hai của (FAME II). Không có EV nào có thể đáp ứng các tiêu chí mới. Hơn nữa, một quá trình chứng nhận lại mất khoảng 45 ngày đã làm trì hoãn việc bán hàng.
Cơ sở hạ tầng sạc EV ở Ấn Độ
Cơ sở hạ tầng sạc EV (EVCI) đầy đủ là chìa khóa cho sự hấp dẫn của Xe điện.
Nó đã được chứng minh rằng sự sẵn có của một mạng lưới cung cấp thiết bị điện (EVSE) mạnh mẽ ở một quốc gia đã hiệu quả hơn gấp ba lần so với việc cung cấp các khoản giảm giá và trợ cấp khi mua theo quan điểm nhu cầu xe điện, cả cơ sở hạ tầng sạc điện tại nhà và công cộng đều rất quan trọng để thúc đẩy EV. Trên toàn cầu, cơ sở hạ tầng thu phí công cộng đã tăng trưởng với tốc độ CAGR đáng kinh ngạc là 84% trong thập kỷ qua với tốc độ tăng trưởng hơn 100% YoY trong giai đoạn 2009-2012 và 2013-2014 đạt mức tăng trưởng trung bình khoảng 180% YoY trong giai đoạn 2010-2018.
Xu hướng tăng trưởng cho cơ sở hạ tầng sạc xe điện ở Ấn Độ
Ấn Độ là một thị trường di động bằng điện mới nổi và là thị trường ô tô lớn thứ tư thế giới, chúng tôi đang dần trở thành khu vực trọng tâm trong lĩnh vực di chuyển bằng Điện.
Tương lai của tăng trưởng EVCI ở Ấn Độ chủ yếu là tích cực và đạt được tốc độ tăng trưởng thâm nhập EVCI toàn cầu.
Gensol Mobility, công ty sở hữu và vận hành đội taxi điện nội thành, BluSmart, đã tăng cường sự hiện diện của mình tại khu vực thủ đô quốc gia.
Hình 5
Xu hướng phát triển cơ sở hạ tầng tính phí xe điện công cộng của Ấn Độ
Ấn Độ cung cấp thiết bị điện cho xe công cộng ( EVSE ) chậm và nhanh
Hậu Li-ion hoặc Ngoài Li-ion
Để tăng gấp đôi phạm vi hoạt động, các nhà sản xuất ô tô điện tử đang tìm kiếm loại pin mới hơn. Các hệ thống sau đang được điều tra:
Một. Pin thể rắn Li (http://www.usaspeaks.com/news/toyota-unveils-solid-state-battery-design-for-evs/)
b. Pin Li-air (oxy) [11. David L. Chandler | Văn phòng Tin tức MIT]
C. Pin Na-ion
d. Pin không khí kẽm [12. Jonathan Goldstein, Ian Brown và Binyamin Koretz Nguồn JPower, 80 (1999) 171-179].
e. Pin Licerion
Thiết kế gói pin EV
Số lượng tế bào trong một gói sẽ phụ thuộc vào hóa học của tế bào Li-ion, lần lượt phụ thuộc vào vật liệu làm catốt được sử dụng.
Lấy ví dụ, một pin 85 kWh được làm từ các tế bào loại cực âm niken-coban-nhôm (NCA) có dung lượng 3,25 Ah cho mỗi tế bào:
Các giả định:
Điện áp bộ pin = 350 V
Điện áp tế bào danh nghĩa = 3,6 V
Công suất năng lượng định mức = 85 kWh
Công suất năng lượng thực tế = 80 kWh (~ 95% công suất định mức)
Công suất định mức = 3,25 Ah
Công suất thực = 3,1 Ah (~ 95% công suất định mức)
Đối với gói 350-V và sử dụng các ô ở trên, nó sẽ yêu cầu 350 V / 3,6 V = 97,2 ô, để đơn giản, làm tròn thành 96 hoặc 98 ô.
Nhưng công suất năng lượng của 96 tế bào đơn lẻ trong chuỗi sẽ là 96 * 3,6 V * 3,25 Ah = 1123 Wh. Vì vậy, thiết kế mô-đun cụ thể này sẽ là 1123 Wh.
Do đó, số lượng ô được kết nối song song = 85000Wh / 1123 Wh = 75,7 @ 76.
Chúng ta có thể kết nối song song 76 ô trong một mô-đun, dung lượng của chúng sẽ là 76 * 3,25 Ah = 247 Ah.
Chúng ta có thể chia 96 ô thành 16 mô-đun mỗi ô 6 ô một cách thuận tiện (hoặc 12 mô-đun mỗi ô 8 ô), tất cả đều nằm trong chuỗi.
Vì vậy, tổng điện áp sẽ là 16 * 6 = 96 * 3,6 V = 345,6 V @ 350 V.
HOẶC LÀ
Tổng điện áp sẽ là 12 * 8 = 96 * 3,6 V = 345,6 V @ 350 V
Do đó, tổng Wh định mức của một mô-đun sẽ là 247 Ah * 6 * 3,6 V = 5335 Wh.
Do đó, tổng Wh định mức của gói sẽ là 247 Ah * 6 * 3,6 V * 16 = 85363 Wh @ 85 kWh
Do đó, tổng Wh thực tế của gói sẽ là 76 * 3,1 Ah = 236 Ah * 350 V = 82600 Wh @ 82 kWh
Bây giờ công suất năng lượng là 85 kWh. Vì vậy, tổng số ô trong một gói sẽ là
85000 Wh / 3,6 V * 3,25 Ah = 7265 ô (Xếp hạng)
85000 Wh / 3,6 V * 3,1 Ah = 7616 ô (Thực tế)
Theo cách tương tự, để đạt được gói 350-V sử dụng pin lithium iron phosphate (LFP) 3,25-V, chúng tôi sẽ cần 107,7 tế bào (350 V / 3,25 V) 107,7. Một lần nữa, để đơn giản, chúng tôi có thể quyết định sử dụng 108 hoặc 110 ô. Ở đây chúng ta có thể thiết kế 11 mô-đun, mỗi mô-đun 10 ô cho 110 ô hoặc 18 mô-đun 6 ô mỗi ô cho 108 ô.
Hoặc sử dụng pin 2.3-V LTO (Lithium Titanate), chúng tôi cần (350 V / 2.3 V) 152 ô hoặc làm tròn thành 160 ô để đạt được điện áp mong muốn.
70 kWh và 90 kWh, 18650 NCA tế bào 3,4 Ah; làm mát bằng chất lỏng.
Gói 90 kWh có 7.616 ô; pin nặng 540 kg (1.200 lb = 540 kg);
Xác suất hỏng hóc ở các cấu hình song song là thấp và do đó lỗi một cell sẽ không ảnh hưởng đến toàn bộ pin.
Tính toán năng lượng và dung lượng pin
Lấy ví dụ trước về một bộ pin 85 kWh với điện áp 350 V. Thông thường đối với EVs, mức phóng điện 1C được xem xét. Vì vậy, hiện tại sẽ là 85000 Wh / 350 V = 243 Ah. Do đó dòng điện sẽ là 240 A. Công suất = V * A = 350 * 240 = 84000 W = 84 kW tối đa. Nhưng BMS chỉ cho phép 80% công suất này là tối đa.
Do đó công suất sử dụng thực tế sẽ là 84 * 0,8 = 67,2 kW. Như đã đề cập trước đó, tỷ lệ trung bình của năng lượng tái tạo là khoảng 15%. Con số này có thể lên đến hơn 40% trong một số trường hợp. Công suất tái tạo không vượt quá 40 kW.
Điện áp của các loại pin Lithium cạnh tranh
Bảng 8
| Tham số hiệu suất | NCA | NMC | LMO | LFP | LTO | LCO |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Điện áp danh định của ô (V) | 3.6 | 3.6 | 3.8 | 3.2 | 2.2 | 3.6 |
Năng lượng cụ thể và Hiệu quả năng lượng
Giả sử hiệu suất 25%, nhiên liệu hóa thạch có thể cung cấp năng lượng có thể sử dụng 12000 * 0,25 = 3000 Wh / kg. Trong trường hợp pin, hiệu suất cao hơn và do đó, 150 * 0,9 = 135 Wh / kg năng lượng có thể sử dụng được từ pin.
Tỷ lệ khả dụng = 3000/135 = 22,22 lần
Tỷ lệ trực tiếp = 12000/150 = 80 lần
Tái chế pin Li-ion
[14. Bin Huang Zhefei Pan Xiangyu Su Liang An, J Power Sources, Tập 399, ngày 30 tháng 9 năm 2018, Trang 274-286]
Với nhu cầu ngày càng tăng đối với LIB, đặc biệt là từ các phân khúc xe điện, một số lượng lớn pin lithium-ion sẽ quay trở lại để tái chế hoặc tái sử dụng. Việc không xử lý đúng cách các pin lithium-ion đã qua sử dụng có thể dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng, chẳng hạn như ô nhiễm môi trường và lãng phí tài nguyên. Để giải quyết vấn đề này, cần có cả đổi mới công nghệ và sự tham gia của các chính phủ.
Bạn đọc quan tâm có thể tham khảo thêm các ấn phẩm về chủ đề này.
Pin đời thứ hai (Sử dụng lại pin EV sau khi EV hết tuổi thọ
Trong lĩnh vực tái chế, có những dự định tái sử dụng pin EV sau khi pin EV bị loại bỏ hoặc tái chế vật liệu từ pin này.
Xe điện sẽ có mặt tại Ấn Độ vào năm 2020
Năm 2020 sẽ không chỉ chứng kiến các nhà sản xuất tập trung vào ô tô và xe máy tuân thủ BSVI, mà một số sẽ thực hiện thêm một bước nữa để loại bỏ hoàn toàn lượng khí thải carbon và tham gia vào nền tảng EV. Sau đây là một số EV đã được xác nhận cho năm nay và một số sẽ sớm được dự đoán trong năm nay. Họ đang:
Tata Nexon EV
G Motor India ZS EV
Audi e-Tron
Ford-Mahindra Aspire EV
Volkswagen ID 3
Jaguar I-Pace
Porsche Taycan 4S
Các chi tiết có sẵn được lập bảng dưới đây:
Bảng 9
Xe điện đến Ấn Độ vào năm 2020
(http://overdrive.in/news-cars-auto/cars-coming-to-india-in-2020- Electrical-vehicles/)
| EV (Wh tiêu thụ / km) | Giá | loại pin | công suất kWh | Công suất có thể sử dụng | Động cơ | Mô-men xoắn | Sự tăng tốc | Tốc độ tối đa | Phạm vi km | Nhận xét |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tata Nexon EV (100 Wh / km) | Rs. 15 đến 17 L | Li-ion | 30.2 | Nam châm vĩnh cửu động cơ AC | Bánh trước 129PS và 245 Nm | 0 đến 100 kmph trong 9,9 giây | NA | > 300 km với một lần sạc đầy | ||
| GM ZS EV (129 Wh / km) | Li-ion | Bộ pin 44,5 làm mát bằng chất lỏng | Động cơ 143PS / 350Nm dẫn động bánh trước | 345 | Bộ sạc trên bo mạch. Sạc đầy trong 6 đến 8 giờ; Ngoài ra bộ sạc 50 kW sẽ được thiết lập | |||||
| Audi e-tron (220 Wh / km) | Li-ion | 96 | 86.5 | Động cơ phía sau & phía trước | 436 | |||||
| Ford-Mahindra Aspire EV | Rs 6 đến 7 L | Li-ion | Động cơ trục sau | 300+ | ||||||
| Volkswagen ID 3 (136 Wh / km) (138 Wh / km) (140 Wh / km) | <30000 Euro | Li-ion | 45 (Phiên bản cơ sở) | 330 (WLTP) | 290 km trong 30 phút sạc (100 kW DC) | |||||
| Rs. ~ 23,85 L trước thuế và nghĩa vụ | Li-ion | 58 (Thông số kỹ thuật trung bình) | 205PS và 310Nm | 160 | 420 | |||||
| Li-ion | 77 (Thông số kỹ thuật cao nhất) | 550 | ||||||||
| Jaguar I-Pace (180 Wh / km) | Li-ion | 90 | 2 động cơ | 400PS và 696Nm mô-men xoắn | 0-100 km / h trong 4,8 giây | 320 | > 500 | 80% Ch 90 phút | ||
| Porsche Taycan 4S (195 Wh / km) | Li-ion | 79.4 | Động cơ kép 800 V | 435PS, 530PS khi tăng tốc và 640 Nm. | 0 đến 100 kmph trong 4 giây. | 250 | 407 | |||
| Li-ion | 93.4 | 463 |
